CN215862850U - 一种氢动力低温储氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢动力低温储氢系统，包括低温储氢罐、换热器和缓冲罐，所述低温储氢罐的氢气出口连接至换热器，经过换热器将氢气通入缓冲罐，利用缓冲罐将氢气送入氢气动力设备。本实用新型能够保障储氢罐安全，罐体有效容积率提高，进一步提高了储氢能量密度，提高了氢动力低温储氢系统的能量利用率。

Description

一种氢动力低温储氢系统

技术领域

本实用新型属于储氢设备技术领域，尤其涉及一种氢动力低温储氢系统。

背景技术

氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。随着全球气候、环境保护和能源安全成为全球挑战，氢能以其多功能性及其脱碳潜力，受到越来越多的关注，可广泛应用于运输、建筑和重工业领域。尤其是，作为交通运载工具的能源，用于氢内燃机或氢燃料电池的燃料，氢气应用得到了高度重视。然而，氢气是世界上已知的相对分子质量最小的气体，其密度只有空气的1/14，即在1标准大气压和0℃，氢气的密度仅0.089g/L。因此，为了满足交通运载工具的续航里程，氢气储存面临巨大困难和挑战。

目前，技术最成熟、应用最广泛的储氢方式，就是高压气态储氢，储氢罐压力通常采用35MPa，同时70MPa正在发展当中。不过，高压气态储氢仍然不能满足不断增长的对储氢能量密度的需求。此外，有机化合物储氢需要专门的加氢和放氢装置，难以用于交通运载工具用移动储氢方式；而固态储氢技术也不成熟，储氢能量密度较高的固态储氢材料，要求释放氢气温度高，短期内难以推广。由此可见，为了满足更高的续航里程要求，低温液态储氢(绝对温度20K)和低温高压气态储氢(绝对温度80～100K、压力20～50MPa)，有望成为高能量密度储氢方式的首选，尤其适合于轨道交通车辆、重型卡车、物流车等能量需求大的场合。但是，上述两种低温储氢方式，尤其是低温高压气态储氢方式，仍然没有推广应用，也面临诸多技术挑战，如：因为属于深冷低温，储氢罐绝热要求非常高，而且吸热后压力增加，存在安全隐患；同时，深冷低温氢气生产能耗大，系统效率低。

实用新型内容

为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种氢动力低温储氢系统，保障了储氢罐安全，罐体有效容积率提高，进一步提高了储氢能量密度，提高了氢动力低温储氢系统的能量利用率。

为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种氢动力低温储氢系统，包括低温储氢罐、换热器和缓冲罐，所述低温储氢罐的氢气出口连接至换热器，经过换热器将氢气通入缓冲罐，利用缓冲罐将氢气送入氢气动力设备。

进一步的是，在所述低温储氢罐内设置有内置盘管，内置盘管出口连接至换热器，被换热器换热处理后的氢气再部分输送回内置盘管入口。

进一步的是，在所述换热器出口处将所述低温储氢罐的氢气出口连接的换热器换热管路和内置盘管出口连接的换热器换热管路连接后，作为换热器的共同输出管路；所述换热器的共同输出管路分别连接至内置盘管和缓冲罐。

进一步的是，所述换热器共同输出管路通过三通阀Ⅰ分别连接至内置盘管和缓冲罐，通过三通阀Ⅰ分配换热后的氢气至内置盘管和缓冲罐。

进一步的是，所述氢气动力设备配置有冷却装置，所述冷却装置的冷却介质出口分成两路，一路经散热器，另一路经换热器，将该换热后两路汇合进入氢气动力设备配置的冷却装置入口。

进一步的是，所述氢气动力设备的冷却装置采用水冷装置，所述水冷装置中冷却水经冷却水泵后利用三通阀Ⅱ分成两路，一路经散热器，另一路经换热器，后两路汇合后进入氢气动力设备配置的水冷装置。

进一步的是，在所述低温储氢罐的顶部设置有过压排气管道，过压排气管道经排气阀门再与内置盘管出口管道连接，并一起与换热器入口连接。

进一步的是，在所述低温储氢罐上设置有储氢罐压力传感器，在所述缓冲罐上设置有缓冲罐压力传感器。

进一步的是，在所述低温储氢罐的出口管道经过调节阀将氢气送入换热器。

进一步的是，在所述缓冲罐的入口前的氢气管路上设置有温度传感器。

采用本技术方案的有益效果：

本实用新型将低温储氢罐的氢气通过换热器换热升温后，再经过缓冲罐供向氢气动力设备，不仅保障了储氢罐安全，罐体有效容积率提高，进一步提高了储氢能量密度，且节省了设备成本，使氢动力低温储氢系统储氢能量密度高、续航里程长、安全性好。

本实用新型在低温储氢罐内设置有内置盘管连接至换热器，结合对阀门的控制，实现储氢罐氢气的充分利用和快速释放，满足缓冲罐压力调节需要和氢动力设备用氢需求。

本实用新型同时通过将氢气动力设备配置的冷却装置连接至储氢罐的换热器，结合对阀门的控制，将氢动力设备余热用于加热低温氢气，满足氢动力设备对氢气输入温度要求；换热器和氢气动力设备配置的冷却装置，充分利用了低温氢气的冷量为氢动力装置散热，有利于系统能效提升。

本实用新型利用低温储氢罐顶部设置的过压排气管道，使氢动力低温储氢系统具有泄压功能，且泄压的氢气存入缓冲罐，不浪费氢气。

附图说明

图1为本实用新型的一种氢动力低温储氢系统的结构示意图；

图2为本实用新型的一种氢动力低温储氢系统的优化方案1的结构示意图；

图3为本实用新型的一种氢动力低温储氢系统的优化方案2的结构示意图；

图4为本实用新型的一种氢动力低温储氢系统的优化方案3的结构示意图；

其中，1是低温储氢罐，2是换热器，3是氢动力设备，4是缓冲罐，5是内置盘管，6是冷却水泵，7是散热器，8是调节阀，9是调压阀门，10是三通阀Ⅱ，11是三通阀Ⅰ，12是储氢罐压力传感器，13是缓冲罐压力传感器，14是温度传感器。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1所示，一种氢动力低温储氢系统，包括低温储氢罐1、换热器2和缓冲罐4，所述低温储氢罐1的氢气出口连接至换热器2，经过换热器2将氢气通入缓冲罐4，利用缓冲罐4将氢气送入氢气动力设备3。

作为上述实施例的优化方案1中，如图2所示，在所述低温储氢罐1内设置有内置盘管5，内置盘管5出口连接至换热器2，被换热器2换热处理后的氢气再部分输送回内置盘管5入口。

优选的，在所述换热器2出口处将所述低温储氢罐1的氢气出口连接的换热器换热管路和内置盘管5出口连接的换热器换热管路连接后，作为换热器2的共同输出管路；所述换热器2的共同输出管路分别连接至内置盘管5和缓冲罐4。

缓冲罐4入口总管路里面的氢气，流量是根据缓冲罐4内压力确定，压力低，流量增加，否则减小直至关闭；缓冲罐4入口总管路里面的氢气，温度必须达到一定值。当流入缓冲罐4的氢气流量不能满足要求，且低温储氢罐1压力较低，此时，将换热器2出来的氢气，部分输送到内置盘管5，加热低温储氢罐1内的氢气，使其汽化或膨胀，便于氢气从调节阀8或排气阀门9排出，经换热器2送入缓冲罐4，供氢动力设备3使用。

优选的，所述换热器2共同输出管路通过三通阀Ⅰ11分别连接至内置盘管5和缓冲罐4，通过三通阀Ⅰ11的分配换热后的氢气至内置盘管5和缓冲罐4。

作为上述实施例的优化方案2中，如图3所示，所述氢气动力设备3配置有冷却装置，所述冷却装置的冷却介质出口分成两路，一路经散热器7，另一路经换热器2，将该放热后两路汇合进入氢气动力设备3配置的冷却装置入口。

优选的，所述氢气动力设备3的冷却装置采用水冷装置，所述水冷装置中冷却水经冷却水泵6后利用三通阀Ⅱ10分成两路，一路经散热器7，另一路经换热器2，后两路汇合后进入氢气动力设备3配置的水冷装置。

作为上述实施例的优化方案3中，如图4所示，在所述低温储氢罐1的顶部设置有过压排气管道，过压排气管道经排气阀门9再与内置盘管5出口管道连接，并一起与换热器2入口连接。

作为上述实施例的优化方案，在所述低温储氢罐1上设置有储氢罐压力传感器12，在所述缓冲罐4上设置有缓冲罐压力传感器13。

作为上述实施例的优化方案，在所述低温储氢罐1的出口管道经过调节阀8将氢气送入换热器2。

作为上述实施例的优化方案，在所述缓冲罐4的入口前的氢气管路上设置有温度传感器14。

其中，低温储氢罐1采用低温液态储氢罐和低温高压气态储氢罐，是储存低温液态或气态氢气的容器。

其中，氢动力装置包括氢内燃机或氢燃料电池，是指利用来自于低温储氢系统的氢气为燃料的动力系统。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

确保低温储氢罐1注氢后闲置过程中，因为吸收环境热量，低温储氢罐1内氢气压力增加，当压力达到上限阈值时，将氢气保存到缓冲罐4内，以维持低温储氢罐1内压力在安全允许范围内；当氢动力装置工作时，调节阀8门，持续释放氢气到缓冲罐4，满足氢动力装置运行所需氢气。

利用三通阀Ⅱ10控制换热器2温度。三通阀Ⅱ10的作用，是用于调节氢气进入缓冲罐4前的温度；读取温度传感器14的读数，调节三通阀Ⅱ10，控制冷却液流量，使得氢气进入缓冲罐4时温度适宜。

利用三通阀Ⅰ11和调节阀8控制流量。调节阀8和三通阀Ⅰ11的作用，是调节进入缓冲罐4的氢气流量，确保当氢动力设备运行时缓冲罐4压力适宜；如果流量不够且低温储氢罐1内氢气压力过低，则调大进入内置盘管5的氢气流量，提高低温储氢罐1内氢气压力，从而提高进入缓冲罐4的氢气流量，当内置盘管5内氢气流量调到最大时，低温储氢罐1内氢气压力仍过低且进入缓冲罐4的氢气流量不能满足要求，说明低温储氢罐1内氢气储量达到最低下限，系统需要停机。其中通过三通阀Ⅰ11，将加热后的氢气输入内置盘管5，作用是加热低温储氢罐1内氢气，便于氢气的释放。

利用排气阀门9泄压管路，确保安全。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，包括低温储氢罐(1)、换热器(2)和缓冲罐(4)，所述低温储氢罐(1)的氢气出口连接至换热器(2)，经过换热器(2)将氢气通入缓冲罐(4)，利用缓冲罐(4)将氢气送入氢气动力设备(3)。

2.根据权利要求1所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述低温储氢罐(1)内设置有内置盘管(5)，内置盘管(5)出口连接至换热器(2)，被换热器(2)换热处理后的氢气再部分输送回内置盘管(5)入口。

3.根据权利要求2所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述换热器(2)出口处将所述低温储氢罐(1)的氢气出口连接的换热器(2)换热管路和内置盘管(5)出口连接的换热器(2)换热管路连接后，作为换热器(2)的共同输出管路；所述换热器(2)的共同输出管路分别连接至内置盘管(5)和缓冲罐(4)。

4.根据权利要求3所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，所述换热器(2)共同输出管路通过三通阀Ⅰ(11)分别连接至内置盘管(5)和缓冲罐(4)，通过三通阀Ⅰ(11)分配换热后的氢气至内置盘管(5)和缓冲罐(4)。

5.根据权利要求2-4任一所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，所述氢气动力设备(3)配置有冷却装置，所述冷却装置的冷却介质出口分成两路，一路经散热器(7)，另一路经换热器(2)，将该换热后两路汇合进入氢气动力设备(3)配置的冷却装置入口。

6.根据权利要求5所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，所述氢气动力设备(3)的冷却装置采用水冷装置，所述水冷装置中冷却水经冷却水泵(6)后利用三通阀Ⅱ(10)分成两路，一路经散热器(7)，另一路经换热器(2)，后两路汇合后进入氢气动力设备(3)配置的水冷装置。

7.根据权利要求2-4任一所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述低温储氢罐(1)的顶部设置有过压排气管道，过压排气管道经排气阀门(9)再与内置盘管(5)出口管道连接，并一起与换热器(2)入口连接。

8.根据权利要求1所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述低温储氢罐(1)上设置有储氢罐压力传感器(12)，在所述缓冲罐(4)上设置有缓冲罐压力传感器(13)。

9.根据权利要求1所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述低温储氢罐(1)的出口管道经过调节阀(8)将氢气送入换热器(2)。

10.根据权利要求1所述的一种氢动力低温储氢系统，其特征在于，在所述缓冲罐(4)的入口前的氢气管路上设置有温度传感器(14)。

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